智能制造技术基础 课件 2.4增材制造设备

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增材制造(AM)是先进制造领域提出的相对于“等材”和“减材”制造的新型“自下而上”制造方法，是指通过光固化、选择性激光烧结、熔融堆积等技术，使材料一点一点累加，形成需要的形状。增材制造

源自20世纪80年代末期出现的“快速原型技术”，2000年代称为“快速成形制造”、“自由实体制造”，2012年确定采用“增材制造”一词作为该技术的标准术语。概述1991年，美国麻省理工大学发明了以粉末-粘合剂为基本原理的喷墨打印技术，将二维工艺扩展到三维立体层面，即“3D打印”。

具体可描述为“由三维计算机辅助设计系统((3DCAD)生成的初始模型无需工艺规划而可以直接制造成型的技术”。增材制造增材制造与3D打印种术语等同，不做明确区分。增材制造设计自由度高，不受零件的复杂结构限制；制造无模化，小批量生产经济性好；原材料利用率高，净成形水平高；生产可预测性好，制造时间可精确预测；装配步骤少，可实现多零件的组合成型；产品开发周期短，研发效率高；7.按需制造，“所见即所得”。主要技术优势增材制造增材制造的分类按加工材料的类型和方式金属成形非金属成形生物材料成形增材制造增材制造的分类按技术特点立体光固化（SL）粉末床熔融（PBF）材料挤出（ME）材料喷射(MlJ)粘结剂喷射（BJ）薄材叠层(SL)定向能量沉积(DED)增材制造增材制造技术原理

增材制造技术是采用离散/堆积原理实现零件的成型过程。通过离散获得堆积的路径、顺序和方式，通过堆积材料叠加起来形成三维实体。

粉材、丝材、片材等STL格式0.01~0.5mm固化、修补、打磨、强化、涂覆增材制造增材制造工艺立体光刻法选区激光烧结法分层实体制造成形熔融沉积成型法三维印刷工艺电子束熔化成型激光工程净成形增材制造

立体光刻法（SLA）

又称为立体光固化成型、立体印刷。是最早发展起来的快速成型技术。

1988年，3DSystems公司推出了世界上第一台基于SLA技术的商用3D打印机，称为“立体平板印刷机”。

最新生产的ProX950，能将长度达1500毫米的大型零件一体成型。

工艺原理：激光器发射出的紫外激光束在液态的光敏树脂表面进行逐行逐点扫描，树脂薄层产生聚合反应固化形成工件的一个薄层。通过工作台的移动实现逐层固化。

立体光刻法（SLA）增材制造液态的光敏树脂紫外激光束加工过程自动化程度高；尺寸精度可以达到±0.1mm，表面质量优良；可以制作结构比较复杂的模型或零件；零件较易弯曲和变形，较脆、易断裂；设备运转及维护成本较高；材料种类较少；液态树脂具有气味和毒性，需要避光保护。

立体光刻法（SLA）

特点：增材制造增材制造选区激光烧结法（SLS）1989年，美国德克萨斯大学研制成功，美国DTM公司商品化，推出SLSModel125成形机。压辊将粉末平铺激光束扫描照射温升熔点烧结、粘合增材制造材料适应面广，塑料、陶瓷、蜡、尼龙、金属；粉末粒径一般为50~125微米；不需加支撑；精度不高，不宜做薄壁件；会产生有害气体。特点选区激光烧结法（SLS）增材制造分层实体制造成形法（LOM）1986年，美国Helisys公司研制成功。送出涂有热熔胶的片材激光切割零件轮廓废料切碎铝箔与片料粘和切割新片层增材制造常用材料是纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等；原材料价格便宜、成本低；不需要支撑，可成型大型零件；用于快速制造新产品样件、模型或铸造用木模；成型件强度高，可进行钻削等机加工。分层实体制造成形法（LOM）特点增材制造

1988年研制成功，1992年，推出了第一台基于FDM技术的3D打印机，是高精度工业级的、热塑性材料成型的3D打印机。多种材料，即插即用。熔融沉积成型法（FDM）喷头加热器熔化材料喷头沿轨迹挤出熔化的材料材料冷却凝结成面增材制造使用、维护简单，成本较低；工艺干净、简单且不产生垃圾，在办公室可进行；可选用的材料较多，ABS、PLA、PC、人造橡胶、铸造用蜡；精度较低，无法构建结构复杂的零件；与截面垂直方向的强度小；成型速度相对较慢，不适合构建大型零件。熔融沉积成型法（FDM）特点增材制造三维印刷工艺（3DP）

又称为喷射成型工艺，1989年由美国麻省理工学院研制成功，是目前比较成熟的彩色快速成型工艺。

类似于喷墨打印机，是形式上最为贴合“3D打印”概念的成型技术之一。粉末平铺打印头喷出彩色胶水粉末粘接增材制造可以进行24位全彩3D打印，可选材料种类多；成型过程中不需要支撑结构；打印速度快；价格较为低廉；无大量热量产生，无毒无污染；精度和表面粗糙度比较差，易变形，模型强度较低；可用于打印概念模型、彩色模型、教学模型、颅骨模型等多种模型。三维印刷工艺（3DP）特点增材制造电子束熔化成型(EBM)20世纪90年代，美国麻省理工学院提出利用电子束将金属材料熔化后进行增材制造的想法。瑞典的Arcam公司申请了该项专利并制造出用于电子束增材制造的设备。金属粉末平铺电子束扫描模型的一个截面熔化粉末材料粘结成型增材制造电子束熔化成型(EBM)一次可加工多个零件，成形速度快且效率高；对原材料污染较低，具有高纯度；功率高，可以达到激光的数倍；原材料范围有限，目前集中在Ti6Al4V、Ti2448等钛合金材料；表面质量不高，需进一步加工；无法打印大尺寸样品。特点增材制造激光工程净成形(LENS)是一种利用高能束直接成形目标结构的先进制造方法。激光聚焦产生熔池金属或陶瓷粉末被送入熔池沉积头上升增材制造零件性能极高，强度、耐腐蚀性能和化学稳定性能十分突出；可实现梯度材料的过渡或结合，形成不同区域具有不同性能的零件；可用于制造成形金属注射模、修复模具、大尺寸薄壁形状的整体结构零件。激光工程净成形(LENS)特点增材制造应用汽车行业2013年，世界上第一辆3D打印汽车Urbee2诞生。2016年开始，3D打印技术真正开始被使用在实际的汽车生产过程中。助力企业大幅降低研发成本并缩短产品上市时间。航空航天

国产大飞机C919上的中央翼缘条零件，长3米多，是国际上金属3D打印出最长的航空结构件。AerojetRocketdyneAR1火箭发动机的喷油嘴使用SLM技术制造。SpiderFab”，在太空中3D打印出用于支撑卫星和其他结构体的桁架结构。增材制造工艺装备增材制造各种结构复杂的工装，包括夹具、量具、模具、金属浇注模型。2014年11月10日，全世界首款3D打印的笔记本电脑已开始预售。3D打印各种人体器官，打印心脏救活2周大先心病婴儿。电子领域医学领域